Reconstrucția țesuturilor moi și dure – Strategii în medicina dentară regenerativă

Metodele tradiționale de tratare a edentației recomandă terapia completă a protezelor dentare, care este însă asociată cu complicații cum ar fi stomatita indusă de proteze, hiperplazia țesuturilor moi, ulcere traumatice, percepția alterată a gustului etc. De asemenea, este bine cunoscut faptul că pierderea dinților duce la resorbția osului alveolar. Prin urmare, necesitatea unor terapii alternative de înlocuire a dinților pierduți a fost mai mult decât necesară. 

În prezent, implanturile dentare sunt o opțiune de tratament general acceptată pentru înlocuirea dinților pierduți. Conceptul de osteointegrare a fost introdus în anii 1950 de Per-Ingvar Branemark, care a observat formarea directă a legăturii structurale și funcționale între os și titan. Ulterior, titanul a fost considerat un material de implant dentar durabil și biocompatibil, care a permis înlocuirea funcțională a dinților lipsă. 

În acest context, reconstrucția chirurgicală preimplantară a devenit crucială în abordarea diferitelor probleme, cum ar fi retracția gingivală și țesutul insuficient din jurul dintelui. Motivația principală din spatele acestei cerințe este de a obține o cantitate ideală de gingie și os pentru a susține restaurările sau implanturile din jur. Reconstrucția țesuturilor moi și dure poate fi necesară pentru a crea o bază stabilă pentru plasarea și restaurarea cu succes a implantului dentar.

Standardul actual de îngrijire pentru recesiunea gingivală și defectele țesuturilor moi asociate implică de obicei tehnici de chirurgie plastică parodontală. Aceste tehnici folosesc adesea grefe autologe de țesut moale, inclusiv grefe gingivale libere (FGG) și grefe de țesut conjunctiv (CTG), recoltate de la pacient. Dar, pot fi utilizate și proceduri precum lambourile avansate coronal și grefele pediculare, utilizând țesuturi gingivale fie de la același dinte, fie de la unul adiacent. 

Biofabricarea țesuturilor gingivale

În medicina regenerativă, se folosesc diferite tipuri de celule pentru a repara, înlocui, regenera și îmbunătăți funcția țesuturilor sau organelor. Aceste celule includ celule stem embrionare (ESC), care au potențialul de a se diferenția în orice tip de celule; celule stem adulte, cum ar fi celulele stem mezenchimale (MSC) găsite în măduva osoasă, țesutul adipos și pulpa dentară, cunoscute pentru capacitatea lor de a se diferenția într-o varietate de tipuri de țesut, inclusiv os, cartilaj și grăsime; și celule stem pluripotente induse (iPSC), care sunt celule adulte reprogramate într-o stare asemănătoare celulelor stem embrionare, capabile să se diferențieze în multe tipuri diferite de celule. 

În structura complexă a țesuturilor gingivale, o gamă diversă de tipuri de celule contribuie în mod colectiv la natura lor. Tipurile de celule cel mai frecvent utilizate includ celule stem ale ligamentului parodontal (PDLSC), celule stem mezenchimale gingivale (GMSC) și celule stem mezenchimale derivate din măduva osoasă (BMSC).

Aceste celule sunt deosebit de apreciate pentru capacitatea lor de a promova regenerarea țesuturilor parodontale, inclusiv gingia, ligamentul parodontal și osul alveolar. PDLSC-urile sunt cruciale pentru rolul lor în regenerarea ligamentului parodontal și a structurilor de susținere ale dinților. 

GMSC-urile, recoltate din gingie, sunt avantajoase datorită accesibilității, capacității proliferative și potențialului de diferențiere în mai multe tipuri de celule, contribuind în mod semnificativ la repararea și regenerarea țesutului gingival. 

Aceste celule facilitează repararea structurală a țesuturilor deteriorate și secretă factori bioactivi care modulează răspunsul imunitar și îmbunătățesc vindecarea, făcându-le esențiale în dezvoltarea strategiilor eficiente de regenerare gingivală în stomatologia regenerativă.

Ingineria celulelor stem dentare și a țesutului dentar

Țesuturile dentare reparatorii au fost create înainte de conceperea ingineriei tisulare. De exemplu, s-a demonstrat că producția de dentină este indusă de hidroxid de calciu în procedurile de acoperire a pulpei în anii 1980, deși mecanismele de bază rămân evazive. 

Regenerarea ghidată a țesuturilor a fost folosită cu succes pentru a regenera țesuturile parodontale și a devenit o terapie clinică de succes și disponibilă pe scară largă. Apariția ingineriei țesuturilor dentare a rezultat din cererea de țesut dentar pe bază biologică și de înlocuire a dintelui întreg și a fost posibilă datorită îmbinării mai multor științe. Conceptul care stă la baza ingineriei tisulare este de a utiliza populații de celule progenitoare extinse ex vivo, sau celule stem, însămânțate și crescute în materiale biocompatibile de sprijin implantate într-un mediu adecvat, pentru a crea țesut funcțional.

Celulele stem sunt considerate celule clonogene care prezintă capacitatea de auto-reînnoire și diferențiere. Celulele stem pot fi împărțite în două tipuri principale, adică celule stem embrionare (ESC) și celule stem adulte. ESC-urile umane promit o sursă regenerabilă de celule progenitoare care pot fi induse să se diferențieze în precursori ai oricărui tip de celule. Cu toate acestea, entuziasmul cu privire la utilizarea ESC este atenuat de preocupările cu privire la posibilele proprietăți tumorigene și maligne potențial prezentate de ESC nediferențiate atunci când sunt implantate în locuri ectopice, împreună cu problemele etice privind utilizarea ESC-urilor umane.

Până de curând, se presupunea, în general, că celulele stem din țesuturile adulte erau limitate la soarta celulelor specifice. Cu toate acestea, s-a demonstrat că celulele stem adulte recoltate din măduva osoasă, țesuturile hematopoietice, neuronale și mezenchimale se diferențiază în tipuri de celule care sunt derivate din mai multe straturi germinale, o caracteristică denumită plasticitate. 

Plasticitatea celulelor stem adulte rămâne o problemă controversată, din cauza lipsei actuale a unui număr adecvat de markeri de diferențiere definitivi, precum și a lipsei de protocoale și rezultate reproductibile în mod fiabil. Deși rămân probleme cu privire la potențialul tumorigen posibil al celulelor transfectate retroviral, metode îmbunătățite de transfecție fără virus sunt în prezent investigate pentru a elimina această îngrijorare.

Astfel, crearea celulelor iPS prezintă oportunități extraordinare pentru dezvoltarea de terapii stomatologice.

Celulele stem din pulpa dentară

Capacitatea dinților umani de a forma dentina reparatoare ca răspuns la carii profunde și traume ușoare sugerează că celulele progenitoare prezente în pulpa dentară complet dezvoltată păstrează capacitatea de a forma odontoblaste funcționale, care pot produce țesuturi dure asemănătoare dentinei. 

Teoria este că aceste celule progenitoare mezenchimale nediferențiate existente în pulpa dentară au capacitatea de a se diferenția în celule asemănătoare odontoblastelor și de a forma dentina nouă ca răspuns la leziunile dentare. Pentru a înțelege mai bine capacitățile de regenerare a dinților, au fost identificate și caracterizate mai multe populații de celule stem dentare (DSC). S-a demonstrat că celulele pulpei dentare umane, derivate din dezvoltarea molarilor trei și cultivate în condiții de îmbunătățire a mineralizării, formează celule asemănătoare odontoblastelor care produc dentina și, de asemenea, exprimă markerul neuronal nestin. 

Studii similare au arătat că celulele stem ale pulpei dentare umane (DPSC) ar putea fi derivate din pulpa dentară adultă și capacitatea de a forma colonii în cultură. Pe lângă faptul că prezintă capacitatea de a forma țesuturi mineralizate, DPSC-urile pot exprima markeri neuronali și au, de asemenea, potențialul de a se diferenția în adipocite. 

Avantajul dinților este că aceștia sunt unul dintre cele mai accesibile organe din care să obțină celule stem, iar DPSC-urile pot fi crioconservate în timp ce își păstrează capacitatea de diferențiere multipotențială. Prin urmare, MSC-urile dentare pot furniza probabil o populație autologă de celule stem derivate din celulele crestei neurale în scopuri terapeutice relevante clinic la oameni.

O altă populație unică de celule stem izolate din dinții umani se găsește la vârful rădăcinii dintelui. Aceste celule sunt numite DSC-uri ale papilei apicale (SCAP) și s-a demonstrat că se diferențiază atât în ​​odontoblaste, cât și în adipocite. Potențialul de proliferare mai mare al SCAP în comparație cu DPSC-urile face ca această populație de celule să fie adecvată pentru regenerarea pe bază de celule și, de preferință, pentru formarea rădăcinilor.

Celulele stem ale ligamentului parodontal

În comun cu pulpa dentară, ligamentul parodontal (PDL) își păstrează capacitatea limitată de a se regenera ca răspuns la traumatisme ușoare. 

Celulele stem PDL (PDLSC) umane prezintă caracteristici ale markerilor de suprafață celulară și potențial de diferențiere similare cu celulele stem stromale ale măduvei osoase și cu DPSC-urile. În condiții de cultură definite, PDLSC-urile sunt multipotente și prezintă capacitatea de a se diferenția în celule asemănătoare cementoblastelor, adipocite și fibroblaste.

După ce PDLSC-urile au fost transplantate în șoareci imunocompromiși, s-au format structuri asemănătoare cementului/PDL. PDLSC-urile umane s-au extins ex vivo și s-au însămânțat în schele tridimensionale (burete de fibrină, substituenți derivați ​​din bovine) au demonstrat că generează os.

De asemenea, s-a demonstrat că aceste celule păstrează proprietățile celulelor stem și capacitatea de regenerare a țesuturilor chiar și după recuperarea din țesutul primar uman înghețat solid. Aceste descoperiri sugerează că PDLSC-urile crioconservate din dinții extrași s-ar putea dovedi utile pentru aplicații terapeutice relevante din punct de vedere clinic în viitor.

Celulele stem ale foliculului dentar

Foliculul dentar a fost mult timp considerat un țesut multipotent, pe baza capacității sale de a genera cement, os și PDL din țesutul fibros derivat din ectomezenchim. Celulele foliculului dentar bovin prezintă capacitatea de a forma cementoblasti atunci când sunt transplantate la șoareci cu imunodeficiență. 

Analizele ulterioare au relevat natura eterogenă a populațiilor de celule în dezvoltarea foliculilor dentari, prin analiza capacităților de mineralizare in vitro și caracterizarea modelelor de exprimare a genei factorului de creștere și a proteinei matricei din mai multe linii celulare de foliculi dentari derivate clonal cultivate folosind condiții identice. DSC-urile au fost identificate în foliculii dentari ai molarilor prin colorarea Hoechst, colorarea cu fosfatază alcalină, expresia markerilor de celule stem ale populației laterale și capacitatea demonstrată de a se diferenția nu numai în osteoblaste/cementoblaste, ci și în adipocite și neuroni.

Celulele stem epiteliale dentare

Ameloblastele derivate din ectoderm oral sunt incapabile să prolifereze sau să se regenereze odată ce au atins stadiul de maturare de dezvoltare. Incisivii de șoarece și molarii în creștere continuă la unele specii de mamifere prezintă populații în continuă reînnoire de reticul stelat, stratul intermediar și celulele epiteliale ale smalțului exterior din jurul smalțului derivat din țesuturi ale organelor smalțului, oferind o sursă de țesuturi de recoltat pentru caracterizarea celulelor stem epiteliale dentare și a țesutului epitelial dentar.

Incisivii de șoarece cu erupție continuă prezintă o nișă DSC epitelială situată la capătul lor apical labial, cunoscută sub numele de buclă cervicală, situată la joncțiunea epiteliului smalțului intern și epiteliului smalțului exterior la vârful organului smalțului. Ansa cervicală este considerată a fi o regiune determinantă care reglează odontogeneza, pe baza capacității sale de a produce atât smalț, cât și dentină.

Observațiile morfologice timpurii au arătat că majoritatea celulelor mitotice au fost localizate în epiteliul intern al smalțului și stratul intermediar, în timp ce reticulul stelat și epiteliul extern al smalțului au prezentat o activitate proliferativă relativ redusă. Recent, o structură specializată situată în regiunea apicală a ansei cervicale labiale în incisivii de șoarece a fost caracterizată și numită „muguri apical”. S-a sugerat că mugurii apicali acționează ca și compartimente epiteliale care conțin DSC care s-ar putea diferenția în ameloblaste prin interacțiunea cu celulele mezenchimale adiacente, inclusiv DPSC.

Regenerarea țesutului parodontal reprezintă scopul final al terapiei parodontale și presupune formarea tuturor componentelor parodontului, inclusiv gingia, PDL, cementul dentar și osul alveolar. La începutul anilor 1980, încercările de regenerare a țesuturilor parodontale s-au concentrat în mare parte pe terapii menite să demineralizeze țesutul de cement al rădăcinii dentare pentru a expune fibrele de colagen subiacente, cu care fibrele de colagen nou formate s-ar putea integra ulterior. Cu toate acestea, această procedură a provocat adesea anchiloză și resorbția rădăcinii dentare și astfel procedura a eșuat.

O altă abordare a regenerării parodontale a fost introducerea grefelor osoase în locul defectului parodontal. Deși utilizarea unor astfel de materiale de grefare pentru repararea clinică a defectelor parodontale a dus la niveluri crescute de atașare a țesuturilor parodontale și la dovezi radiografice de umplere osoasă, evaluarea histologică a relevat de obicei că aceste materiale au o capacitate osteoinductivă redusă și, în general, păreau a fi înconjurate de țesut conjunctiv fibros dens, mai degrabă decât țesutul parodontal organizat.

În ultimii ani, regenerarea ghidată a țesuturilor a devenit chirurgia standard pentru regenerarea țesutului parodontal. Această procedură implică aplicarea unei membrane biocompatibile peste defectul parodontal de la suprafața rădăcinii până la osul alveolar adiacent, adesea în combinație cu o grefă osoasă. Membrana de barieră împiedică epiteliul nedorit și țesutul conjunctiv gingival să intre în locul de vindecare, promovând în același timp repopularea locului defect de către celulele care migrează din PDL.

Succesul destul de restrâns al acestei abordări i-a determinat pe oamenii de știință să dezvolte metode de îmbunătățire a acestei terapii, prin adăugarea de factori de creștere exogeni și prin terapia cu celule stem.

Bibliografie: National Library of Medicine (ncbi.nlm.nih.gov); onlinelibrary.wiley.com